Таблица эукариотическая клетка название строение функции: Строение эукариотической клетки в таблице, кратко о функциях (9 класс, биология)

Содержание

10. Эукариотическая клетка. Цитоплазма. Органоиды. Биология. Общая биология. 10 класс. Базовый уровень

10. Эукариотическая клетка. Цитоплазма. Органоиды

Вспомните!

Каковы основные положения клеточной теории?

Какие выделяют типы клеток в зависимости от расположения генетического материала?

Назовите известные вам органоиды клетки. Какие функции они выполняют?

В § 4 мы уже говорили о существовании двух типов клеток – прокариотических и эукариотических, различия между которыми носят принципиальный характер. У прокариот (от лат. pro – до, перед и греч. karyon – ядро) ДНК не окружена мембраной и свободно располагается в цитоплазме, т. е. у них нет настоящего оформленного ядра. В клетках эукариот (от греч. eu – полностью, хорошо) присутствует ядро. В настоящее время большинство учёных считает, что эукариотические клетки в процессе эволюции произошли от прокариотических. Чуть позже мы с вами рассмотрим эту гипотезу, но прежде нам надо изучить принципиальное строение клеток.

К эукариотическим организмам относятся грибы, растения и животные. Их клетки наиболее крупные и сложно устроенные по сравнению с клетками прокариот – бактерий и синезелёных водорослей (цианобактерий).

Подобно тому как в любом организме основные функции распределены между отдельными органами и системами органов, в клетке тоже существует «разделение труда» между структурами и органоидами. Строение различных клеток несколько отличается в зависимости от той конкретной задачи, которую они выполняют в многоклеточных организмах. Однако существуют общие принципы клеточной организации, характерные для всех типов клеток, как одноклеточных, так и многоклеточных животных, растений и грибов.

Рассмотрим строение типичной эукариотической клетки (рис. 29).

В каждой клетке можно выделить три основные части: наружная клеточная мембрана, которая отделяет содержимое клетки от внешней среды; ядро – обязательный компонент эукариотических клеток, в котором хранится наследственная информация; и цитоплазма – часть клетки, заключённая между наружной мембраной и ядром.

Наружная клеточная мембрана. Термин «мембрана» (от лат. membrana – кожица, оболочка) был предложен более 100 лет назад для обозначения границ клетки. Однако в дальнейшем с развитием электронной микроскопии было обнаружено, что клеточные мембраны входят в состав многих структурных элементов клетки. Первая гипотеза строения мембраны была выдвинута ещё в 1935 г. А в 1959 г. Вильям Робертсон сформулировал гипотезу элементарной мембраны; в ней постулировалось, что все клеточные мембраны построены по единому принципу. К началу 70-х гг. XX в. накопилось много новых данных, на основании которых в 1972 г. была предложена новая жидкостно-мозаичная модель строения мембраны, которая в настоящее время является общепризнанной.

Рис. 29. Строение эукариотических клеток

Рис. 30. Строение клеточной мембраны

Согласно этой модели основой любой мембраны является двойной слой фосфолипидов; в нём гидрофобные остатки жирных кислот обращены внутрь, а гидрофильные головки, включающие глицерин и остаток фосфорной кислоты, – наружу. С липидным бислоем связаны молекулы белков, которые могут пронизывать его насквозь, погружаться в него или примыкать с наружной или внутренней стороны. Расположение этих белков жёстко не фиксировано, и большинство из них свободно «плавает», образуя подвижную мозаичную структуру (рис. 30).

Наружная клеточная мембрана имеет универсальное строение, типичное для всех клеточных мембран. Положение этой мембраны на границе клетки и окружающей среды определяет её основные функции. Прочная и эластичная плёнка, легко восстанавливающаяся после незначительных повреждений, является прекрасным

барьером, предохраняющим клетку от попадания в неё чужеродных токсических веществ и обеспечивающим поддержание постоянства внутриклеточной среды.

Рис. 31. Фагоцитоз. Амёба, поглощающая эвглену

Транспортная функция мембраны носит избирательный характер: одни вещества легко проникают внутрь клетки через специальные поры или с помощью белков-переносчиков, а для других – мембрана непроницаема. Будучи подвижной структурой, мембрана клетки может образовывать выросты, захватывая твёрдые частицы (фагоцитоз) (рис. 31) или капли жидкости (пиноцитоз), при этом образуются фагоцитозные или пиноцитозные вакуоли. Общее название пино– и фагоцитоза – эндоцитоз (от греч. endon – внутри). В клетке существует и обратный процесс – экзоцитоз (от греч. exo – вне). В процессе экзоцитоза вещества, синтезированные клеткой и упакованные в мембранные пузырьки, выбрасываются из клетки, при этом мембрана пузырька встраивается в клеточную мембрану.

Клеточная мембрана обеспечивает также взаимодействие клетки с окружающей средой и с другими клетками в многоклеточном организме.

Мембрана животных клеток снаружи покрыта тонким слоем углеводов и белков – гликокаликсом, а у клеток растений, грибов и бактерий снаружи от клеточной мембраны находится прочная клеточная стенка.

Цитоплазма. Основой цитоплазмы клетки является цитоплазматический сок – гиалоплазма (от греч. hyalos – стекло и plasma, букв. – вылепленное, оформленное) – раствор органических веществ, в котором осуществляются биохимические реакции и располагаются постоянные структурные компоненты клетки – органоиды (органеллы). Гиалоплазма является средой для объединения всех клеточных структур и обеспечивает их химическое взаимодействие. В процессе жизнедеятельности клетки в цитоплазме откладываются различные вещества, образуя непостоянные структуры –

включения (глыбки гликогена, капли жира, пигментные гранулы).

Все органоиды клетки подразделяют на мембранные и немембранные. Среди мембранных органоидов существуют одномембранные (эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы) и двухмембранные (митохондрии, пластиды).

Рис. 32. Эндоплазматическая сеть: А – расположение в клетке; Б – электронная фотография участка ЭПС; В – схема участка ЭПС

Эндоплазматическая сеть (ЭПС). Этот органоид был открыт американским учёным Кейтом Робертсом Портером в 1945 г. Совокупность вакуолей, каналов, трубочек образует внутри цитоплазмы мембранную сеть, объединённую в единое целое с наружной мембраной ядерной оболочки. Различают два типа эндоплазматической сети –

шероховатая (гранулярная) и гладкая (агранулярная) (рис. 32).

На поверхности мембран шероховатой ЭПС располагаются рибосомы, которые синтезируют все белки, необходимые для обеспечения жизнедеятельности клетки, а также продукты, выделяемые, т. е. секретируемые, клеткой. Синтезированные белковые молекулы поступают в каналы ЭПС. Там они модифицируются, а затем по системе каналов переносятся в ту часть клетки, где необходимы.

Скопления шероховатой эндоплазматической сети характерны для клеток, активно синтезирующих секреторные белки. Например, в клетках печени, нервных клетках, в клетках поджелудочной железы шероховатая эндоплазматическая сеть образует обширные зоны.

В отличие от гранулярной эндоплазматической сети, на мембранах гладкой сети нет рибосом. Эта сеть участвует в синтезе липидов и углеводов, а также обезвреживает токсичные (ядовитые) для организма вещества. Так, при некоторых отравлениях в клетках печени появляются обширные зоны, заполненные гладкими мембранами ЭПС.

Комплекс Гольджи (аппарат Гольджи). В 1898 г. итальянский учёный Камилло Гольджи, исследуя строение нервных клеток, обнаружил органоид, который входил в состав единой мембранной сети клетки и представлял собой стопку плоских цистерн (рис. 33). Комплекс Гольджи играет роль своеобразного центра, где происходит окончательная сортировка и упаковка различных продуктов жизнедеятельности клетки. Аппарат Гольджи формирует лизосомы и обеспечивает выведение необходимых белков за пределы клетки путём экзоцитоза.

Лизосомы. Это мелкие мембранные пузырьки диаметром 0,5 мкм, которые впервые были обнаружены при помощи электронного микроскопа в 1955 г.

Они образуются в комплексе Гольджи или непосредственно в ЭПС и содержат разнообразные пищеварительные ферменты. Лизосомы участвуют во внутриклеточном пищеварении, образуя пищеварительные вакуоли, а также уничтожают отслужившие органоиды и даже целые клетки. Если содержимое лизосом высвобождается внутри самой клетки, то наступает саморазрушение клетки – автолиз, поэтому лизосомы называют «орудиями самоубийства» клетки.

Рис. 33. Строение и функционирование аппарата Гольджи

Именно лизосомы обеспечивают исчезновение хвоста головастика в процессе его превращения во взрослую лягушку.

Митохондрии. Эти органоиды имеют двухмембранное строение. Внешняя мембрана митохондрий гладкая, а внутренняя образует различные выросты (кристы) (рис. 34). Основная функция митохондрий – синтез АТФ, основного высокоэнергетического вещества клетки, поэтому их называют энергетическими станциями клетки. Митохондрии имеют собственные рибосомы и ДНК, поэтому способны самостоятельно синтезировать белки.

В живых клетках митохондрии могут перемещаться, сливаться друг с другом, делиться. Их количество в клетке сильно варьирует – от единиц до нескольких тысяч. Обычно митохондрий больше в тех участках цитоплазмы и в тех клетках, где существует повышенная потребность в энергии. Особенно богаты митохондриями мышечные ткани и клетки нервной ткани.

Пластиды. Двухмембранные органоиды растительных клеток, которые размножаются путём деления. Существует три типа пластид – лейкопласты, хромопласты и хлоропласты. Основная функция бесцветных лейкопластов – запасание крахмала. Важнейшую роль в жизнедеятельности растительной клетки играют хлоропласты

– зелёные пластиды, содержащие хлорофилл и осуществляющие фотосинтез. Осенью хлоропласты превращаются в хромопласты – пластиды с жёлтой, оранжевой и красной окраской. Как и митохондрии, пластиды имеют собственный генетический аппарат (ДНК), рибосомы и синтезируют белки.

Рибосомы. Субмикроскопические немембранные органоиды, функция которых – синтез белков, благодаря чему они являются обязательными органоидами в клетках всех живых организмов. Каждая рибосома в рабочем состоянии состоит из двух субъединиц – большой и малой, в состав которых входят молекулы белка и рибосомальной РНК (рРНК) (рис. 35). В цитоплазме рибосомы могут находиться в свободном состоянии или располагаться на шероховатых мембранах ЭПС. В зависимости от типа синтезируемого белка рибосомы могут «работать» поодиночке или объединяться в комплексы – полирибосомы. В таких комплексах рибосомы связаны одной молекулой иРНК.

Рис. 34. Митохондрия: А – расположение в клетке; Б – электронная фотография; В – схема строения

Рис. 35. Строение рибосомы

Клеточный центр. Органоид немембранного строения, присутствующий в клетках животных, грибов и низших растений. Состоит из двух расположенных перпендикулярно друг другу цилиндров – центриолей. В процессе клеточного деления центриоли удваиваются, расходятся к полюсам и образуют веретено деления, обеспечивающее равномерное распределение хромосом между дочерними клетками.

Вакуоль. Обязательной принадлежностью растительной клетки является вакуоль. Это крупный мембранный пузырёк, заполненный клеточным соком, состав которого отличается от окружающей цитоплазмы. Вакуоль накапливает запасные питательные вещества и регулирует водно-солевой обмен, контролируя поступление воды в клетку и из клетки.

Принципиальные различия в строении животной и растительной клеток и клетки грибов приведены на рис. 29 и в табл. 2.

Таблица 2. Сравнительная характеристика растительной, животной и грибной клеток

Окончание табл. 2

Вопросы для повторения и задания

1. Каковы отличия в строении эукариотической и прокариотической клеток?

2. Расскажите о пино– и фагоцитозе. Чем различаются эти процессы?

3. Раскройте взаимосвязь строения и функций мембраны клетки.

4. Какие органоиды клетки находятся в цитоплазме?

5. Охарактеризуйте органоиды цитоплазмы и их значение в жизнедеятельности клетки. Как особенности строения органоидов связаны с выполняемыми ими функциями?

Подумайте! Выполните!

1. В клетках каких органов и почему аппарат Гольджи наиболее развит? Как это связано с их функциями?

2. Какими путями осуществляется обмен веществ между клеткой и окружающей средой?

3. Рассмотрите рис. 28. Расскажите о взаимосвязи эндоплазматической сети, комплекса Гольджи и лизосом. Изобразите схематично эту взаимосвязь.

4. Объясните, как вы понимаете утверждение: «Биологические мембраны – важный фактор целостности клетки и внутриклеточных структур». Согласны ли вы с этим утверждением? Аргументируйте свою точку зрения.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

Узнайте больше

Цитоскелет. Цитоскелет – это опорно-двигательная система эукариотической клетки, состоящая из белковых нитчатых образований. Эти структуры очень динамичны: они быстро возникают в результате полимеризации их элементарных молекул и так же быстро разбираются при деполимеризации.

Основные компоненты цитоскелета – фибриллярные структуры и микротрубочки.

Фибриллярные структуры. К фибриллярным компонентам цитоплазмы эукариотических клеток относят микрофиламенты и промежуточные филаменты.

Микрофиламенты – это белковые нити толщиной около 5 нм, которые обычно располагаются пучками или слоями в наружном слое цитоплазмы, непосредственно под плазматической мембраной. Их можно увидеть в псевдоподиях амёб или в микроворсинках кишечного эпителия. Внутри каждой микроворсинки находится пучок из 20–30 микрофиламентов, придающий ей жёсткость и прочность. В состав микрофиламентов входят сократительные белки, в основном актин и миозин. Следовательно, микрофиламенты являются также внутриклеточным сократительным аппаратом, обеспечивающим подвижность клеток и большинство внутриклеточных движений. Очень важны микрофиламенты для процессов фагоцитоза и пиноцитоза.

Промежуточные филаменты – это неветвящиеся, часто располагающиеся пучками белковые нити толщиной около 10 нм. Эта сложная система цитоскелетных нитей изучена относительно недавно. Оказалось, что, в отличие от других элементов цитоскелета, промежуточные филаменты построены в разных клетках из разных белков. Так, например, в клетках эпителия в состав промежуточных филаментов входит кератин, а в мышечных клетках – белок десмин. Особенно много промежуточных филаментов в клетках, подверженных механическим воздействиям.

В настоящее время для определения тканевого происхождения различных опухолей проводят анализ белков их промежуточных филаментов. Дело в том, что при перерождении клетки в раковую она теряет многие черты своей изначальной организации и определить тип опухоли очень трудно. Но белки промежуточных филаментов остаются такими же, какими они были в изначальной ткани. Исследуя белки филаментов в опухолевых клетках, можно точно определить, клетки какой ткани дали начало этой опухоли. Это правило распространяется и на метастазы опухолей, которые могут находиться далеко от места первоначального образования опухолей. Определение белков филаментов позволяет провести корректную цитодиагностику опухолей и правильно подобрать химиотерапевтические противоопухолевые препараты.

Микротрубочки Микротрубочки – это неветвящиеся длинные полые трубки, диаметром около 25 нм. Стенка микротрубочек состоит из плотно уложенных округлых субъединиц, основной компонент которых – белок тубулин. Микротрубочки присутствуют во всех эукариотических клетках. Образуя сеть в цитоплазме интерфазных клеток, микротрубочки создают внутриклеточный каркас – цитоскелет, необходимый для поддержания формы клетки. Микротрубочки входят в состав центриолей клеточного центра, веретена деления, ресничек и жгутиков. В больших количествах они обнаруживаются в отростках нервных клеток, чья форма должна быть постоянной. Кроме этого микротрубочки участвуют во внутриклеточном транспорте. По ним, как по рельсам, могут передвигаться мелкие вакуоли, содержащие различные вещества. Микротрубочки – очень динамичные структуры, они постоянно собираются и разбираются. Среднее время жизни микротрубочки в животной клетке в интерфазе около 10 минут, во время митоза – гораздо меньше. Есть в клетке и стабильные, долго живущие микротрубочки. Длина микротрубочек может быть самая различная: от десятых долей микрона до нескольких микрон. Добавление алкалоида колхицина предотвращает самосборку микротрубочек или приводит к разрушению уже существующих. Это действие колхицина используется, например, если необходимо остановить деление клетки.

Клеточный центр. Клеточный центр – это место организации и роста микротрубочек. В клетках животных и некоторых водорослей клеточный центр, или центросома, состоит из двух центриолей и связанных с ними микротрубочек – центросферы. Впервые центриоли были описаны немецким цитологом Вальтером Флемингом в 1875 г., но сам термин «центриоль» был предложен позже, в 1895 г. Немецкий учёный Теодор Бовери ввёл его для обозначения очень мелких телец, размер которых находился на границе разрешающей способности микроскопа. Подробно строение центриолей удалось изучить только с помощью электронного микроскопа.

Центриоль представляет собой полый цилиндр диаметром 150–250 нм и длиной 300–500 нм. Стенка центриоли состоит из девяти комплексов микротрубочек, причём каждый комплекс в свою очередь построен из трёх микротрубочек. Такие триплеты связаны между собой специальными белками. В центральной части цилиндра микротрубочек нет.

Обычно в интерфазных клетках присутствуют две центриоли, расположенные под прямым углом друг к другу. При подготовке клеток к митотическому делению центриоли удваиваются: две материнские центриоли расходятся, и около каждой из них возникает заново по одной новой дочерней, так что в клетке перед делением обнаруживаются четыре центриоли.

Центриоли участвуют в образовании нитей веретена деления. В клетках высших растений клеточный центр устроен по – другому и центриолей не содержит.

Реснички и жгутики. Это специальные органоиды движения, встречающиеся в некоторых клетках различных организмов. В световом микроскопе эти структуры выглядят как тонкие выросты клетки. В основании ресничек и жгутиков в цитоплазме видны мелкие гранулы – базальные тельца. Длина ресничек 5–10 мкм, а длина жгутиков может достигать 150 мкм.

Реснички и жгутики представляют собой тонкие выросты цитоплазмы, от основания до самой вершины покрытые плазматической мембраной. Внутри выроста цитоплазмы по кругу расположены микротрубочки – 9 пар (дуплетов). Дуплеты связаны друг с другом при помощи молекул белка. Кроме периферических дуплетов микротрубочек, образующих цилиндр, в центре реснички располагается пара центральных микротрубочек. В основании органоидов движения, в цитоплазме, расположены базальные тельца – одно у ресничек и два у жгутиков. Базальное тельце по своей структуре очень сходно с центриолью. Оно тоже состоит из 9 триплетов микротрубочек.

Реснички и жгутики структурно связаны с базальным тельцем и составляют вместе единое целое.

Жгутики характерны для ряда простейших (класс Жгутиконосцы), зооспор и сперматозоидов. Реснички – это органоиды движения инфузорий, свободноплавающих личинок многих морских животных и мужских гамет некоторых папоротников. Имеют реснички и клетки мерцательного эпителия у многоклеточных животных (до 500 ресничек на клетку).

Дефекты ресничек могут приводить к различным врождённым патологиям. Так, например, нарушение структуры мерцательного эпителия дыхательных путей становится причиной наследственного бронхита. Причиной некоторых форм наследственного мужского бесплодия являются дефекты жгутиков сперматозоидов.

Включения. Клеточные включения – это непостоянные структуры, не способные к самостоятельному существованию, которые клетка использует для своих нужд или выделяет в окружающую среду.

Различают трофические (резервные), секреторные и пигментные включения. К трофическим включениям относят, например, капли жира, глыбки гликогена, крахмальные зёрна. Гликогена очень много в клетках печени, а липидные гранулы в основном содержатся в специализированных жировых клетках.

Секреторные включения – мембранные вакуоли, содержащие биологически активные вещества, которые подлежат удалению путём экзоцитоза, поэтому их часто называют экскреторными гранулами. Таких гранул много в железистых клетках животных.

Пигментные включения, локализованные в цитоплазме, могут обеспечивать окраску ткани или органа. Примером пигментных включений являются гранулы меланина, обеспечивающие пигментацию.

Надмембранный комплекс животных клеток. Гликокаликс. Эукариотические клетки животных не образуют клеточных стенок, но на поверхности их плазматической мембраны есть сложный комплекс – гликокаликс, который выполняет важные функции. В его состав входят сложные органические вещества – гликопротеины и гликолипиды, а также надмембранные участки белков, погружённых в мембрану.

Гликокаликс выполняет ряд важных функций. В нём происходит внеклеточное пищеварение, там располагаются многие рецепторы клетки, и с помощью гликокаликса некоторые клетки контактируют друг с другом.

Мембранный транспорт. Одна из важных функций наружной клеточной мембраны – транспортная. Плазматическая мембрана обладает избирательной проницаемостью – она пропускает только определённые вещества и молекулы. Выделяют пассивный и активный транспорт через мембрану.

Пассивный транспорт. Этот вид транспорта осуществляется без дополнительных затрат энергии. К нему относят диффузию и ионный транспорт. Диффузия – это транспорт через мембрану веществ из зоны высокой концентрации в зону низкой концентрации. Этот процесс не нуждается в энергии, он идёт относительно медленно и прекращается, когда концентрация веществ по обе стороны мембраны уравнивается. Скорость диффузии и сама возможность транспорта веществ через мембрану зависит (помимо концентрации) от ряда других факторов: температуры, размера молекул, способности растворяться в липидах. Жирорастворимые вещества легко проходят через липидные слои, водорастворимые – с трудом. В мембране существуют специальные каналы, образованные белковыми молекулами, через которые и происходит диффузия. Ионный транспорт – это разновидность пассивного транспорта для заряженных ионов. Транспорт ионов через мембрану осуществляется либо сквозь специальные ионные поры, либо с помощью переносчиков.

Активный транспорт. Если диффузия продолжается достаточно долго, это может привести к тому, что по обе стороны мембраны концентрация веществ выравнивается. Для клетки это равнозначно смерти – в норме состав цитоплазмы и состав межклеточной жидкости должны сильно различаться. Поэтому существует система активного транспорта, благодаря которому перенос молекул происходит против градиента концентрации (из зоны низкой концентрации в зону высокой). Активный транспорт осуществляют специальные белковые мембранные комплексы, так называемые ионные насосы, работающие с затратой энергии. До 40 % всей энергии, вырабатываемой клеткой, идёт на эти транспортные расходы.

Транспорт в мембранной упаковке (эндо– и экзоцитоз). В отличие от ионов и мелких молекул, макромолекулы сквозь клеточную мембрану не проходят. Их перенос происходит путём эндоцитоза. Происходит выпячивание наружной плазматической мембраны, охватывающее внеклеточный материал. Образуется вакуоль, которая погружается в глубь цитоплазмы клетки. Такой процесс впервые был открыт российским учёным, лауреатом Нобелевской премии Ильей Ильичом Мечниковым и назван фагоцитозом. Процесс захвата клеткой капелек жидкости получил название «пиноцитоз».

Процесс, обратный эндоцитозу, – выведение из клеток каких – либо веществ и продуктов, называют экзоцитозом. На базе мембранного транспорта основан процесс выделения секретов и гормонов клетками. И эндо-, и экзоцитоз являются энергозатратными процессами, поэтому относятся к активному транспорту.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Составьте и заполните таблицу «Органоиды эукариотической клетки и их функции».

Цитоплазма	Внутренняя среда клетки, в которой находится ядро и другие органоиды. Имеет полужидкую, мелкозернистую структуру.	Выполняет транспортную функцию. Регулирует скорость протекания обменных биохимических процессов. Обеспечивает взаимодействие органоидов.
Рибосомы	Мелкие органоиды сферической или эллипсоидной формы диаметром от 15 до 30 нанометров.	Обеспечивают процесс синтеза молекул белка, их сборку из аминокислот.
Митохондрии	Органоиды, имеющие самую разнообразную форму – от сферической до нитевидной. Внутри митохондрий имеются складки от 0,2 до 0,7 мкм. Внешняя оболочка митохондрий имеет двухмембранную структуру. Наружная мембрана гладкая, а на внутренней имеются выросты крестообразной формы с дыхательными ферментами.	Ферменты на мембранах обеспечивают синтез АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Энергетическая функция. Митохондрии обеспечивают поставки энергии в клетку за счет высвобождения ее при распаде АТФ.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС)	Система оболочек в цитоплазме, которая образует каналы и полости. Бывает двух типов: гранулированная, на которой имеются рибосомы и гладкая.	Обеспечивает процессы по синтезу питательных веществ (белков, жиров, углеводов). На гранулированной ЭПС синтезируются белки, на гладкой – жиры и углеводы. Обеспечивает циркуляцию и доставку питательных веществ внутри клетки.
Пластиды (органоиды, свойственные только растительным клеткам) бывают трех видов:	Двухмембранные органоиды
Лейкопласты	Бесцветные пластиды, которые содержатся в клубнях, корнях и луковицах растений.	Являются дополнительным резервуаром для хранения питательных веществ.
Хлоропласты	Органоиды овальной формы, имеющие зеленый цвет. От цитоплазмы отделяются двумя трехслойными мембранами. Внутри хлоропластов находится хлорофилл.	Преобразуют органические вещества из неорганических, используя энергию солнца.
Хромопласты	Органоиды, от желтого до бурого цвета, в которых накапливается каротин.	Способствуют появлению у растений частей с желтой, оранжевой и красной окраской.
Лизосомы	Органоиды округлой формы диаметром около 1 мкм, имеющие на поверхности мембрану, а внутри – комплекс ферментов.	Пищеварительная функция. Переваривают питательные частицы и ликвидируют отмершие части клетки.
Комплекс Гольджи	Может быть разной формы. Состоит из полостей, разграниченных мембранами. Из полостей отходят трубчатые образования с пузырьками на концах.	Образует лизосомы. Собирает и выводит синтезируемые в ЭПС органические вещества.
Клеточный центр	Состоит из центросферы (уплотненного участка цитоплазмы) и центриолей – двух маленьких телец.	Выполняет важную функцию для деления клетки.
Клеточные включения	Углеводы, жиры и белки, которые являются непостоянными компонентами клетки.	Запасные питательные вещества, которые используются для жизнедеятельности клетки.
Органоиды движения	Жгутики и реснички (выросты и клетки), миофибриллы (нитевидные образования) и псевдоподии (или ложноножки).	Выполняют двигательную функцию, а также обеспечивают процесс сокращения мышц.

Конспект урока по биологии в 10 классе по теме: «Эукариотическая клетка. Цитоплазма. Органоиды».

Конспект урока по биологии в 10 классе

по теме: «Эукариотическая клетка. Цитоплазма. Органоиды».

Цель: начать формирование знаний о строении эукариотической клетки.

Задачи:

— Изучить суть мембранного принципа ее строения. Охарактеризовать строение и функции наружной клеточной мембраны, цитоплазмы и органоидов немембранный и мембранных. Дать определение понятиям Эукариотическая клетка, клеточная мембрана, цитоплазма.

— Формировать умения выявлять взаимосвязь строения и функций органоидов клеток.

— Развитие воображения, логического мышления, памяти.

Методы и методические приемы: комбинированный.

Оборудование: таблицы по общей биологии, иллюстрирующие строение эукариотической клетки.

Литература: Учебник В.И. Сивоглазов, И.Б. Агафонова «Общая биология базовый уровень», методическое пособие к учебнику В. И. Сивоглазов, И.Б. Агафонова «Общая биология базовый уровень», школьная тетрадь.

Ход урока.

Орг. Момент

I. Проверка знаний.

Страница 53, вопросы 1-5.

Ведение

Итак, мы уже говорили о существовании двух типов клеток – прокариотическая – ДНК не окружена мембраной и свободно располагается в цитоплазме, у них нет настоящего оформленного ядра и эукариотическая – присутствует ядро. К эукариотическим организмам относятся грибы, растения и животные.

Рассмотрим строение эукариотической клетки (рис. 24). В каждой клетке можно выделить 3 основные части: 1. наружная клеточная мембрана – которая отделяет содержимое клетки от внешней среды; 2. ядро – обязательный компонент эукариотической клетки, в котором хранится наследственная информация; 3. цитоплазма – часть клетки, заключается между мембраной и ядром.

II. Объяснение нового материала.

План работы:

Наружная клеточная мембрана
Цитоплазма

1. Наружная клеточная мембрана. Термин «мембрана» (от лат. кожица, оболочка) был предложен более 100 лет назад для обозначения границ клетки. Однако в дальнейшем было обнаружено, что клеточная мембрана входит в состав многих структурных элементов клетки.

Основой любой мембраны является двойной слой фосфолипидов; в нем гидрофобные остатки жирных кислот обращены внутрь, а гидрофильные головки – это глицерин и остатки фосфорной кислоты — наружу. Наружная клеточная мембрана имеет универсальное строение. Положение этой мембраны на границе клетки и окружающей среды, ее функция – прочная и эластичная пленка, легко восстанавливающаяся после даже незначительных повреждений, является барьером предохраняющим клетку от попадания в нее чужеродных токсических веществ.

Транспортная функция мембраны, одни вещества легко проникают внутрь клетки, а для других – мембрана непроницаема. Будучи подвижной структурой, мембрана клетки может образовывать выросты, захватывая твердые частицы (фагоцитоз) или капли жидкости (пиноцитоз) – общее их название эндоцитоз (внутри), и обратный процесс – экзоцитоз (вне).

Клеточная мембрана обеспечивает взаимодействие клетки с окружающей средой.

2. Цитоплазма. Основой цитоплазмы является цитоплазматический сок – гиалоплазма (оформленное стекло) – раствор органических веществ, в котором осуществляются биохимические реакции и располагаются органоиды. Гиалоплазма является средой для объединения всех клеточных структур. В процессе жизнедеятельности клетки в цитоплазме откладываются различные вещества, образуя непостоянные структуры – включения (капли жира, пигментные гранулы).

Все органоиды клетки подразделяют на мембранные и немембранные. Среди мембранных органоидов существуют одномембранные (ЭПС, комплекс Гольджи, лизосомы) и двухмембранные (митохондрии, пластиды).

ЭПС. Этот органоид был открыт в 1945 году Кейтом Робертсом Портером. Различают 2 типа мембран ЭПС 1. шероховатые (гранулярные) и 2. гладкие (агранулярные) рис. 27. На поверхности шероховатых мембран ЭПС располагаются рибосомы, которые синтезируют все белки. А вот на мембранах гладкой ЭПС нет рибосом – эта сеть участвует в синтезе липидов и углеводов, а так же обезвреживает токсичные вещества организма.

Комплекс Гольджи. Представляет собой стопку плоских цистерн (рис. 28.) АГ формирует лизосомы обеспечивает выведение необходимых белков за пределы клетки путем экзоцитоза.

Лизосомы. Это мелкие мембранные пузырьки, которые образуются в АГ или в ЭПС и содержат разнообразные пищеварительные ферменты. Лизосомы участвуют во внутриклеточном пищеварении, а так же уничтожают отслужившие органоиды и даже целые клетки.

Митохондрии. Эти органоиды имеют двухмембранное строение. Внешняя мембрана гладкая, а внутренняя образует различные выросты (рис. 29). Основная функция митохондрий — синтез АТФ (энергетическая станция клетки). Митохондрии имеют рибосомы и ДНК поэтому самостоятельно синтезируют белки.. Особенно много митохондрий в мышечной ткани и клетках нервной системы.

Пластиды. Двухмембранные органоиды растительных клеток, которые размножаются путем деления. 3 типа пластид6

лейкопласты – запас крахмала
хлоропласты – зеленые пластиды, содержащие хлорофилл и осуществляющие фотосинтез
хромопласты – осенью из хлоропласты превращаются в хромопласты – пластиды которые имеют свой генетический аппарат (ДНК), рибосомы и синтезируют белки.

Рибосомы. Немембранные органоиды – синтезируют белки. В состав рибосомы входят молекулы белка и РНК.

Клеточный центр. Немембранный органоид состоит из центриолей. В процессе деления клетки центриоли удваиваются , расходятся к полюсам и образуют веретено деления, обеспечивающее равномерное распределение хромосом между дочерними клетками.

Вакуоль. Это крупный мембранный пузырек, заполненный клеточным соком. Вакуоль накапливает запасные питательные вещества и регулирует водно – солевой обмен, контролируя поступление воды в клетку и из клетки.

В тетради заполнить таблицу «Сравнительная характеристика растительной и животной клетки» на стр. 63.

III. Подведение итогов.

Назовите основные компоненты эукариотической клетки.
На основании каких основных признаков клетку считают эукариотической?
Дайте определения понятиям «органоиды», «включения», «клеточная мембрана»

IV. Домашнее задание: § 2.7, вопросы 1-5 на стр. 63.

Строение клеток эукариот. Строение клеточной оболочки

Тип урока: комбинированный.

Методы:

Словесный
Наглядный
Практический
Проблемно–поисковый

Цели урока:

Образовательная: развивать знания учащихся о строении клеток эукариот и применять их на практических занятих.

Развивающая:

1. Совершенствовать у учащихся умения работать с дидактическим материалом.
2. Развивать мышление учащихся, предлагая задания для сравнения клетки растений и клетки животных с выявлением схожих и отличительных признаков.

Обеспечение урока:

Плакат “Строение цитоплазматической мембраны”.
Карточка–задание к уроку “Строение клеток эукариот”.
Раздаточный материал: (строение прокариотической клетки, типичная растительная клетка, строение животной клетки).

Межпредметные связи: ботаника, зоология, анатомия и физиология человека.

План урока

Организационный момент 5 мин.

Проверка готовности к уроку.
Проверка списочного состава учащихся.
Сообщение темы и целей урока.

Изучение нового материала

Разделение организмов на про– и эукариоты. (Словесный метод) 10 мин.
Строение клеток растений и животных. (Самостоятельная работа с использованием раздаточного дидактического материала. Осуществление наглядного, практического и проблемно–поискового методов). 35 мин.
Строение оболочки клеток (Словесный и наглядный метод). 20 мин.
Поступление веществ в клетку (Словесный метод) 10 мин.

Закрепление изученного материала

Домашнее задание

II. Изучение нового материала

Разделение организмов на про – и эукариоты.

По форме клетки необычайно разнообразны: одни как шарики, другие как звездочки со многими лучами, третьи вытянутые и т.д. Различны клетки и по размеру – от мельчайших, с трудом различимых в световом микроскопе, до прекрасно видимых невооруженным глазом (например, икринки рыб и лягушек). Любое яйцо, в том числе гигантские окаменевшие яйца ископаемых динозавров, которые хранятся в палеонтологических музеях, тоже были когда–то живыми клетками. Зато если вести речь о главных элементах внутреннего строения, все клетки схожи между собой [5]

	Организмы.

Прокариоты (бактерии и сине–зеленые водоросли).		Эукариоты (растения, жи вотные, грибы).

Отличия Прокариот от Эукариот.

Эукариоты имеют настоящее ядро: генетический аппарат эукариотной клетки защищен оболочкой, схожей с оболочкой самой клетки.
Включенные в цитоплазму органоиды окружены мембраной.

Прокариоты (от лат. Pro–перед, раньше, вместо и греч. karyon– ядро), организмы, клетки которых не имеют ограниченного мембраной ядра–все бактерии, включая архибактерий и цианобактерии. Общее число видов прокариот около 6000. Аналог ядра– структура, состоящая из ДНК, белков и РНК. Генетическая система прокариот (генофор) закреплена на клеточной мембране и соответствует примитивной хромосоме. Размножаются прокариоты без выраженного полового процесса. Прокариоты способны осуществлять ряд физиологических процессов, например, некоторые прокариоты фиксируют молекулярный азот. [1] После вступительной беседы учащиеся рассматривают строение прокариотической клетки, сравнивая основные особенности строения с типами эукариотической клетки. (Рис.2)

Эукариоты – это высшие организмы, имеющие четко оформленное ядро, которое обладает оболочкой (кариомембраной), эта оболочка отделяет его от цитоплазмы. К эукариотам относятся все высшие животные и растения, а также одноклеточные и многоклеточные водоросли, грибы и простейшие. Ядерная ДНК у эукариот заключена в хромосомах. Эукариоты обладают ограниченными мембраной клеточными органоидами. [1]

Строение клеток растений и животных.

Клетка любого организма представляет собой систему. Она состоит из 3–х взаимосвязанных между собой частей: оболочки, ядра и цитоплазмы.

При прохождении ботаники, зоологии и анатомии человека вы уже знакомились со строением различных типов клеток, давайте немножко с вами повторим. (Рис.1;задание 1) [6]

Строение и функции органоидов растительных и животных клеток
Таблица заполняется по раздаточному материалу (Рис. 4), (Рис.3).

Органоиды клетки
Строение органоидов

Функция
Присутствие органоидов в клетках
растений

животных

Хлоропласт Представляет собой разновидность пластид. Окрашивает растения в зеленый цвет, в нем происходит фотосинтез
+

–

Лейкопласт оболочка состоит из двух элементарных мембран, внутренняя из них, врастая в строму, образует немногочисленные тилакоиды. Окрашивает растения в желтый цвет, синтезирует и накапливает крахмал.
+

–

Хромопласт пластид с жёлтой, оранжевой и красной окраской, окраска обусловлена пигментами – каротиноидами Бесцветное окрашивание растения
+

–

Вакуоль Занимает до 90 % объема зрелой клетки, заполнена клеточным соком Функция питания
+

–

Микротрубочки Состоят из белка тубулина, расположены около плазматической мембраны Участвуют в отложении целлюлозы на клеточных стенках, участвуют в перемещении в цитоплазме различных органоидов. При делении клетки микротрубочки составляют основу структуры веретена деления
+

+

Плазматическая мембрана Состоит из билипидного слоя, пронизанного белками, погруженными на различную глубину. Барьер, транспорт веществ, сообщение клеток между собой
+

+

Гладкий ЭПР Система плоских и ветвящихся трубочек. Осуществляет синтез и выделение липидов
+

+

Шероховатый ЭПР Название получил из–за множества рибосом, находящихся на его поверхности Синтез белков, их накопление и преобразование для выделения из клетки наружу
+

+

Ядро Окружено двойной ядерной мембраной, имеющей поры. Наружная ядерная мембрана образует непрерывную структуру с мембраной ЭПР. Содержит одно или несколько ядрышек. Носитель наследственной информации, центр регуляции активности клетки.
+

+

Клеточная стенка Состоит из длинных молекул целлюлозы, собранных в пучки, называемые микрофибриллами. Внешний каркас, или защитную оболочку, обеспечивает тургор растительных клеток
+

+

Плазмодесмы Мельчайшие цитоплазматические каналы, которые пронизывают клеточные стенки. Объединяют протопласты соседних клеток
+

–

Митохондрии Содержат ферменты для синтеза АТФ. Внутренняя мембрана митохондрий образует многочисленные складки. Аккумулятор энергии, осуществляет аэробное дыхание.
+

+

Аппарат Гольджи Состоит из стопки плоских мешочков, называемых цистернами Синтезирует полисахариды
+

+

Лизосомы Пузырьки, содержащие концентрированные гидролитические ферменты, которые становятся активными в кислой среде Участвуют в растворении веществ, попавших в клетку
+

+

Рибосомы Состоит из двух неравных субъединиц – большой и малой, на которые может диссоциировать. Место биосинтеза белка
+

+

Эндоцитозный пузырек Содержит слишком большие молекулы Содержит слишком большие молекулы, которые не могут проникнуть через мембрану способами диффузии или активного транспорта
–

+

Цитоплазма Состоит из воды с большим количеством растворенных в ней веществ, содержащих глюкозу, белки и ионы. В ней расположены другие органоиды клетки
+

+

Микрофиламенты Волокна из белка актина, обычно располагаются пучками вблизи от поверхности клеток. Играют важную роль в подвижности клеток
–

+

Секреторный пузырек много в клетках, активно синтезирующих вещества, например, в клетках островков Лангерганса Выносит вещества за пределы клетки
–

+

Центриоли Могут входить в состав митотического аппарата клетки. В диплоидной клетке содержится две пары центриолей. Участвуют в процессе деления клетки у животных
–

+

Пероксисома Группа пузырьков, известных как микротела Важна для замедления старения клеток
–

+

Микроворсинки Выступы плазматической мембраны Увеличивают наружную поверхность клетки, микроворсинки в совокупности образуют кайму клетки
–

+

Выводы
1. Растительная клетка в своем составе имеет: клеточную стенку, пластиды и вакуоли, присущие только этому типу клеток.
2 . Клеточный центр, центриоли, микроворсинки присутствуют только в клетках животных организмов.
3. Все остальные органоиды характерны как для растительных, так и для животных клеток.
Строение оболочки клеток.
Клеточная оболочка располагается снаружи клетки, отграничивая последнюю от внешней или внутренней среды организма. Ее основу составляет плазмалемма (клеточная мембрана) и углеводно–белковая составляющая, имеющая различную толщину, в зависимости от царства организма (животная или растительная клетка) и от местонахождения клетки в многоклеточном организме. [2]
Оболочка клетки
Наружный слой

Внутренний слой

У растений называется клеточной стенкой. У животных называется гликокаликсом. Называется плазматической мембраной, одинаковый для животных и растений.

Функции клеточной оболочки:
Оболочка клетки поддерживает форму клетки и придает механическую прочность как клетке, так и организму в целом

Защищает клетку от механических повреждений и попадания в нее вредных соединений

Осуществляет узнавание молекулярных сигналов

Регулирует обмен веществ между клеткой и средой

Осуществляет межклеточное взаимодействие в многоклеточном организме.[2]

Функция клеточной стенки:
Представляет собой внешний каркас – защитную оболочку.

Обеспечивает транспорт веществ (через клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы многих органических веществ). [3]

Наружный слой поверхности клеток животных, в отличие от клеточных стенок растений очень тонкий, эластичный. Он не виден в световой микроскоп и состоит из разнообразных полисахаридов и белков. Поверхностный слой животных клеток называется гликоликсом, выполняет функцию непосредственной связи клеток животных с внешней средой, со всеми окружающими ее веществами, опорной роли не выполняет.
Под гликокаликсом животных и (растительной) клеточной стенкой растений расположена плазматическая мембрана, граничащая непосредственно с цитоплазмой. В состав плазматической мембраны входят белки и липиды. Они упорядоченно расположены и соединены друг с другом химическими взаимодействиями. Молекулы липидов в плазматической мембране расположены в два ряда и образуют сплошной билипидный слой. Молекулы белков не образуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов, погружаясь в него на разную глубину. Молекулы белков и липидов подвижны.[3]

Функция плазматической мембраны:
она образует барьер, отграничивающий внутреннее содержимое клетки от внешней среды.

транспорт веществ.

обеспечивает вязь между клетками в тканях многоклеточных организмов [4]

2.4 Поступление веществ в клетку.

Поверхность клетки не сплошная. В цитоплазматической мембране есть многочисленные мельчайшие отверстия – поры, через которые, с помощью ферментов, внутрь клетки могут проникать ионы и мелкие молекулы. Кроме того, ионы и мелкие молекулы могут попадать в клетку непосредственно через мембрану. Поступление ионов и молекул в клетку – не пассивная диффузия, а активный транспорт, требующий затрат энергии. Транспорт веществ носит избирательный характер. Избирательная проницаемость клеточной мембраны носит название полупроницаемости. [4]

Поступление
веществ в клетку

Фагоцитоз
(поступление твердых веществ)

Пиноцитоз
(поступление жидких веществ)

Путем фагоцитоза внутрь клетки поступают: крупные молекулы органических веществ, например белков, полисахаридов, частицы пищи, бактерии. Участие принимает плазматическая мембрана. В том месте, где поверхность клетки соприкасается с частицей какого-либо плотного вещества, мембраны прогибаются, образуют углубление и окружают частицу, которая в “мембранной упаковке” погружается внутрь клетки. Образуется пищеварительная вакуоль, и в ней перевариваются поступившие в клетку органические вещества. [3]
Путем фагоцитоза питаются: амебы, инфузории, лейкоциты животных и человека.
Лейкоциты поглощают бактерии, а также разнообразные твердые частицы случайно попавшие в организм, защищая его таким образом от болезнетворных частиц. Клеточная стенка растений, бактерий и сине–зеленых водорослей препятствует фагоцитозу, и потому этот путь поступления веществ в клетку у них, практически, отсутствует.
Через плазматическую мембрану в клетку проникают и капли жидкости, содержащие в растворенном и взвешенном состоянии разнообразные вещества.
Поглощение жидкости в виде мелких капель напоминает питье, и это явление было названо пиноцитозом. Процесс поглощения жидкости сходен с фагоцитозом. Капля жидкости погружается в цитоплазму в “мембранной упаковке”. Органические вещества, попавшие в клетку вместе с водой, начинают перевариваться под влиянием ферментов, содержащихся в цитоплазме. Пиноцитоз широко распространен в природе и осуществляется клетками всех животных организмов. [3]
III. Закрепление изученного материала.

На какие две большие группы разделяются все животные организмы по строению ядра?

Какие органоиды свойственны только растительным клеткам?

Какие органоиды свойственны только животным клеткам?

Чем различается строение оболочки клеток растений и животных?

Два способа поступления веществ в клетку?

Значение фагоцитоза для животных?

Список использованной литературы:

Большой энциклопедический словарь “Биология”, под редакцией М.С. Гилярова, Научное издательство “Большая Российская Энциклопедия”, Москва 1998

Е. Тупикин “Общая биология с основами экологии и природоохранной деятельности”, Москва ПроОбрИздат, 2001

Ю. И. Полятинский “Общая биология для 9–10 классов средней школы”

Захаров В.Б. “Общая биология для 10–11 классов”, Москва “Дрофа”, 2003

“Энциклопедия для детей, Биология, том 2”, Москва, “Аванта +”, 1999

Р.А. Петросова “Дидактический материал по общей биологии”, Минск ООО “Белфарпост”, 1997

Происхождение и эволюция клеток. Клетка
Клетки делятся на два основных класса, изначально определяемых тем, содержат ли они ядро. Прокариотические клетки (бактерии) лишены ядерной оболочки; эукариотические клетки имеют ядро, в котором генетический материал отделен от цитоплазмы. Прокариотические клетки обычно меньше и проще, чем эукариотические; в дополнение к отсутствию ядра их геномы менее сложны и они не содержат цитоплазматических органелл или цитоскелета.Несмотря на эти различия, одни и те же основные молекулярные механизмы управляют жизнью как прокариот, так и эукариот, что указывает на то, что все современные клетки произошли от одного первобытного предка. Как развивалась эта первая клетка? И как эволюционировали сложность и разнообразие современных клеток?
Первая клетка
Похоже, что жизнь впервые возникла по крайней мере 3,8 миллиарда лет назад, примерно через 750 миллионов лет после образования Земли (). Вопрос о том, как зародилась жизнь и как появилась первая клетка, остается предметом спекуляций, поскольку эти события невозможно воспроизвести в лаборатории.Тем не менее, несколько типов экспериментов предоставляют важные доказательства, касающиеся некоторых этапов процесса.
Рисунок 1.1
Временная шкала эволюции. Шкала указывает приблизительное время, когда, как считается, произошли некоторые из основных событий в эволюции клеток.
Впервые в 1920-х годах было высказано предположение, что простые органические молекулы могут образовываться и спонтанно полимеризоваться в макромолекулы в условиях, которые, как считается, существовали в атмосфере примитивной Земли.Считается, что в то время, когда возникла жизнь, атмосфера Земли содержала мало или совсем не содержала свободного кислорода, вместо этого она состояла в основном из CO ₂ и N ₂ в дополнение к меньшему количеству газов, таких как H ₂ , H _{. 2} S и CO. Такая атмосфера обеспечивает восстановительные условия, в которых органические молекулы при наличии источника энергии, такого как солнечный свет или электрический разряд, могут самопроизвольно образовываться. Самопроизвольное образование органических молекул было впервые продемонстрировано экспериментально в 1950-х годах, когда Стэнли Миллер (в то время аспирант) показал, что разряд электрических искр в смесь H ₂ , CH ₄ и NH ₃ , в присутствии воды привело к образованию множества органических молекул, в том числе нескольких аминокислот ().Хотя эксперименты Миллера не воспроизводили в точности условия примитивной Земли, они ясно продемонстрировали вероятность спонтанного синтеза органических молекул, дающих основные материалы, из которых возникли первые живые организмы.
Рисунок 1.2
Самопроизвольное образование органических молекул. Водяной пар кипятили через атмосферу, состоящую из СН ₄ , NH ₃ и Н ₂ , в которую разрядили электрические искры. Анализ продуктов реакции выявил образование разнообразных органических молекул, (далее…)
Следующим этапом эволюции стало образование макромолекул. Было продемонстрировано, что мономерные строительные блоки макромолекул самопроизвольно полимеризуются в вероятных пребиотических условиях. Нагревание сухих смесей аминокислот, например, приводит к их полимеризации с образованием полипептидов. Но важнейшей характеристикой макромолекулы, из которой развилась жизнь, должна была быть способность воспроизводить себя.Только макромолекула, способная направлять синтез новых копий самой себя, была бы способна к размножению и дальнейшей эволюции.
Из двух основных классов информационных макромолекул в современных клетках (нуклеиновые кислоты и белки) только нуклеиновые кислоты способны управлять собственной саморепликацией. Нуклеиновые кислоты могут служить матрицами для собственного синтеза в результате специфического спаривания оснований между комплементарными нуклеотидами (1). Таким образом, решающий шаг в понимании молекулярной эволюции был достигнут в начале 1980-х годов, когда в лабораториях Сида Альтмана и Тома Чеха было обнаружено, что РНК способна катализировать ряд химических реакций, включая полимеризацию нуклеотидов. Таким образом, РНК обладает уникальной способностью служить матрицей и катализировать собственную репликацию. Следовательно, обычно считается, что РНК была исходной генетической системой, и считается, что ранняя стадия химической эволюции была основана на самореплицирующихся молекулах РНК — период эволюции, известный как мир РНК . Затем упорядоченные взаимодействия между РНК и аминокислотами превратились в современный генетический код, а ДНК в конечном итоге заменила РНК в качестве генетического материала.
Рисунок 1.3
Саморепликация РНК. Комплементарное спаривание нуклеотидов (аденина [A] с урацилом [U] и гуанина [G] с цитозином [C]) позволяет одной цепи РНК служить матрицей для синтеза новой цепи с комплементарной последовательностью.
Предполагается, что первая клетка возникла в результате включения самореплицирующейся РНК в мембрану, состоящую из фосфолипидов (). Как будет подробно рассмотрено в следующей главе, фосфолипиды являются основными компонентами всех современных биологических мембран, включая плазматические мембраны как прокариотических, так и эукариотических клеток. Ключевой характеристикой фосфолипидов, образующих мембраны, является то, что они представляют собой амфипатические молекулы, что означает, что одна часть молекулы растворима в воде, а другая – нет. Фосфолипиды имеют длинные водонерастворимые (гидрофобные) углеводородные цепи, соединенные с водорастворимыми (гидрофильными) головными группами, содержащими фосфат. При помещении в воду фосфолипиды спонтанно объединяются в бислой, при этом их фосфатсодержащие головные группы снаружи контактируют с водой, а их углеводородные хвосты внутри контактируют друг с другом.Такой бислой фосфолипидов образует стабильный барьер между двумя водными компартментами, например, отделяя внутреннюю часть клетки от внешней среды.
Рисунок 1.4
Заключение самовоспроизводящейся РНК в фосфолипидной мембране. Считается, что первая клетка возникла в результате включения самореплицирующейся РНК и ассоциированных молекул в мембрану, состоящую из фосфолипидов. Каждая молекула фосфолипида имеет две длинные гидрофобные (далее. ..)
Заключение самовоспроизводящихся РНК и ассоциированных молекул в фосфолипидную мембрану, таким образом, сохранило бы их как единое целое, способное к самовоспроизведению и дальнейшей эволюции.К этому времени РНК-направленный синтез белка мог уже развиться, и в этом случае первая клетка состояла бы из самовоспроизводящейся РНК и кодируемых ею белков.
Эволюция метаболизма
Поскольку клетки возникли в море органических молекул, они могли получать пищу и энергию непосредственно из окружающей среды. Но такая ситуация является самоограничивающейся, поэтому клеткам необходимо было разработать собственные механизмы для производства энергии и синтеза молекул, необходимых для их репликации.Генерация и контролируемое использование метаболической энергии занимает центральное место во всей клеточной деятельности, и основные пути энергетического метаболизма (подробно обсуждаемые в главе 2) в современных клетках в высшей степени консервативны. Все клетки используют аденозин 5 ‘ -трифосфат (АТФ) в качестве источника метаболической энергии для управления синтезом компонентов клетки и выполнения других энергозатратных действий, таких как движение (например, сокращение мышц). Механизмы, используемые клетками для образования АТФ, как полагают, развивались в три этапа, соответствующие эволюции гликолиза, фотосинтеза и окислительного метаболизма (4).Развитие этих метаболических путей изменило атмосферу Земли, тем самым изменив ход дальнейшей эволюции.
Рисунок 1.5
Генерация метаболической энергии. Гликолиз – это анаэробное расщепление глюкозы до молочной кислоты. Фотосинтез использует энергию солнечного света для синтеза глюкозы из CO ₂ и H ₂ O с выделением O ₂ в качестве побочного продукта. O ₂, выпущенный (далее…)
В первоначально анаэробной атмосфере Земли первые энергетические реакции, предположительно, включали расщепление органических молекул в отсутствие кислорода.Эти реакции, вероятно, были формой современного гликолиза — анаэробного расщепления глюкозы до молочной кислоты с чистым увеличением энергии двух молекул АТФ. Помимо использования АТФ в качестве источника внутриклеточной химической энергии, все современные клетки осуществляют гликолиз, что согласуется с представлением о том, что эти реакции возникли очень рано в эволюции.
Гликолиз предоставил механизм, с помощью которого энергия предварительно образованных органических молекул (например, глюкозы) могла быть преобразована в АТФ, который затем можно было использовать в качестве источника энергии для запуска других метаболических реакций.Обычно считается, что развитие фотосинтеза было следующим важным этапом эволюции, который позволил клетке использовать энергию солнечного света и обеспечил независимость от использования заранее сформированных органических молекул. Первые фотосинтезирующие бактерии, возникшие более 3 миллиардов лет назад, вероятно, использовали H ₂ S для превращения CO ₂ в органические молекулы — путь фотосинтеза, который до сих пор используется некоторыми бактериями. Использование Н ₂ О в качестве донора электронов и водорода для превращения СО ₂ в органические соединения возникло позднее и имело важные последствия изменения атмосферы Земли.Использование H ₂ O в реакциях фотосинтеза дает не содержащий побочных продуктов O ₂ ; считается, что этот механизм был ответственен за то, что O ₂ было в изобилии в атмосфере Земли.
Высвобождение O ₂ в результате фотосинтеза изменило среду, в которой развивались клетки, и, как принято считать, привело к развитию окислительного метаболизма . В качестве альтернативы, окислительный метаболизм мог развиться до фотосинтеза, при этом увеличение содержания O ₂ в атмосфере давало сильное избирательное преимущество организмам, способным использовать O ₂ в реакциях с выработкой энергии.В любом случае O ₂ является высокореакционноспособной молекулой, и окислительный метаболизм, использующий эту реакционную способность, обеспечил механизм получения энергии из органических молекул, который намного более эффективен, чем анаэробный гликолиз. Например, полное окислительное расщепление глюкозы до CO ₂ и H ₂ O дает энергию, эквивалентную энергии от 36 до 38 молекул АТФ, в отличие от 2 молекул АТФ, образующихся при анаэробном гликолизе. Современные клетки, за немногими исключениями, используют в качестве основного источника энергии окислительные реакции.
Современные прокариоты
Современные прокариоты, которые включают в себя все различные типы бактерий, делятся на две группы — архебактерии и эубактерии, которые дивергировались в начале эволюции. Некоторые архебактерии живут в экстремальных условиях, которые сегодня необычны, но, возможно, были распространены на первобытной Земле. Например, термоацидофилы живут в горячих серных источниках с температурой до 80°C и значением pH всего 2. Эубактерии включают распространенные формы современных бактерий — большую группу организмов, обитающих в самых разных средах. , включая почву, воду и другие организмы (например,г., патогены человека).
Большинство бактериальных клеток имеют сферическую, палочковидную или спиралевидную форму диаметром от 1 до 10 мкм. Содержание их ДНК колеблется от 0,6 миллиона до 5 миллионов пар оснований, что достаточно для кодирования около 5000 различных белков. Самые крупные и сложные прокариоты — это цианобактерии, бактерии, у которых развился фотосинтез.
Структуру типичной прокариотической клетки иллюстрирует Escherichia coli (E. coli), обычный обитатель кишечного тракта человека ().Клетка имеет палочковидную форму, около 1 мкм в диаметре и около 2 мкм в длину. Как и большинство других прокариот, Е. coli окружена жесткой клеточной стенкой, состоящей из полисахаридов и пептидов. Внутри клеточной стенки находится плазматическая мембрана, представляющая собой двойной слой фосфолипидов и связанных с ними белков. В то время как клеточная стенка является пористой и легко проницаема для различных молекул, плазматическая мембрана обеспечивает функциональное разделение между внутренней частью клетки и ее внешней средой. ДНК E . coli представляет собой одиночную кольцевую молекулу в составе нуклеоида, которая, в отличие от ядра эукариот, не окружена мембраной, отделяющей его от цитоплазмы. Цитоплазма содержит около 30 000 рибосом (места синтеза белка), что объясняет ее зернистый вид.
Рисунок 1.
6
Электронная микрофотография E. coli . Клетка окружена клеточной стенкой, внутри которой находится плазматическая мембрана. ДНК находится в нуклеоиде.(Menge and Wurtz/Biozentrum, Базельский университет/Science Photo Library/Photo Researchers, Inc.)
Эукариотические клетки
Как и прокариотические клетки, все эукариотические клетки окружены плазматическими мембранами и содержат рибосомы. Однако эукариотические клетки гораздо сложнее и содержат ядро, разнообразные цитоплазматические органеллы и цитоскелет (4). Самой крупной и наиболее заметной органеллой эукариотических клеток является ядро диаметром около 5 мкм. Ядро содержит генетическую информацию клетки, которая у эукариот организована в виде линейных, а не кольцевых молекул ДНК.Ядро является местом репликации ДНК и синтеза РНК; трансляция РНК в белки происходит на рибосомах в цитоплазме.
Рисунок 1.7
Структуры животных и растительных клеток. Как животные, так и растительные клетки окружены плазматической мембраной и содержат ядро, цитоскелет и множество общих цитоплазматических органелл. Растительные клетки также окружены клеточной стенкой и содержат хлоропласты (подробнее…)
В дополнение к ядру, эукариотические клетки содержат в своей цитоплазме множество окруженных мембраной органелл.Эти органеллы образуют компартменты, в которых локализована различная метаболическая активность. Эукариотические клетки, как правило, намного больше, чем прокариотические, часто имеют объем клетки, по крайней мере, в тысячу раз больше. Компартментализация, обеспечиваемая цитоплазматическими органеллами, позволяет эукариотическим клеткам эффективно функционировать. Две из этих органелл, митохондрии и хлоропласты, играют решающую роль в энергетическом обмене. Митохондрии, которые встречаются почти во всех эукариотических клетках, являются местами окислительного метаболизма и, таким образом, ответственны за образование большей части АТФ, образующегося при распаде органических молекул.Хлоропласты являются местами фотосинтеза и встречаются только в клетках растений и зеленых водорослей. Лизосомы и пероксисомы также обеспечивают специализированные метаболические компартменты для переваривания макромолекул и различных окислительных реакций соответственно. Кроме того, большинство растительных клеток содержат крупные вакуоли, выполняющие множество функций, включая переваривание макромолекул и хранение как продуктов жизнедеятельности, так и питательных веществ.
Из-за размера и сложности эукариотических клеток транспортировка белков в нужное место внутри клетки представляет собой сложную задачу.Две цитоплазматические органеллы, эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, специально предназначены для сортировки и транспорта белков, предназначенных для секреции, включения в плазматическую мембрану и включения в лизосомы. Эндоплазматический ретикулум представляет собой разветвленную сеть внутриклеточных мембран, простирающуюся от ядерной мембраны по всей цитоплазме. Он функционирует не только в процессинге и транспорте белков, но и в синтезе липидов. Из эндоплазматического ретикулума белки транспортируются внутри небольших мембранных везикул в аппарат Гольджи, где они подвергаются дальнейшей обработке и сортировке для транспортировки к конечному пункту назначения. В дополнение к этой роли в транспорте белков аппарат Гольджи служит местом синтеза липидов и (в растительных клетках) местом синтеза некоторых полисахаридов, составляющих клеточную стенку.
Эукариотические клетки имеют другой уровень внутренней организации: цитоскелет, сеть белковых нитей, простирающихся по всей цитоплазме. Цитоскелет обеспечивает структурную основу клетки, определяя форму клетки и общую организацию цитоплазмы.Кроме того, цитоскелет отвечает за движения целых клеток (например, сокращение мышечных клеток), а также за внутриклеточный транспорт и позиционирование органелл и других структур, включая движения хромосом во время клеточного деления.
Эукариоты развились по крайней мере 2,7 миллиарда лет назад, после примерно 1-1,5 миллиарда лет прокариотической эволюции. Исследования последовательностей их ДНК показывают, что архебактерии и эубактерии так же отличаются друг от друга, как и те и другие от современных эукариот.Следовательно, очень ранним событием в эволюции, по-видимому, было расхождение трех линий происхождения от общего предка, давшее начало современным архебактериям, эубактериям и эукариотам. Интересно, что многие гены архебактерий больше похожи на гены эукариот, чем на гены эубактерий, что указывает на то, что архебактерии и эукариоты имеют общую линию эволюционного происхождения и более тесно связаны друг с другом, чем с эубактериями.
Рисунок 1.8
Эволюция клеток. Современные клетки произошли от общего прокариотического предка по трем линиям происхождения, дав начало архебактериям, эубактериям и эукариотам. Митохондрии и хлоропласты произошли от эндосимбиотической ассоциации аэробных (подробнее…)
Важнейшим шагом в эволюции эукариотических клеток было приобретение окруженных мембраной субклеточных органелл, позволивших развить сложность, характерную для этих клеток. Считается, что органеллы были приобретены в результате ассоциации прокариотических клеток с предками эукариот.
Гипотеза о том, что эукариотические клетки произошли от симбиотической ассоциации прокариот — эндосимбиоза — особенно хорошо подтверждается исследованиями митохондрий и хлоропластов, которые, как считается, произошли от бактерий, живущих в больших клетках. И митохондрии, и хлоропласты по размеру схожи с бактериями и, подобно бактериям, размножаются путем деления надвое. Самое главное, что и митохондрии, и хлоропласты содержат собственную ДНК, которая кодирует некоторые их компоненты. Митохондриальная и хлоропластная ДНК реплицируются каждый раз, когда органелла делится, а кодируемые ими гены транскрибируются внутри органеллы и транслируются на рибосомах органеллы.Таким образом, митохондрии и хлоропласты содержат свои собственные генетические системы, отличные от ядерного генома клетки. Кроме того, рибосомы и рибосомные РНК этих органелл более тесно связаны с таковыми бактерий, чем с теми, которые кодируются ядерными геномами эукариот.
В настоящее время общепризнано эндосимбиотическое происхождение этих органелл, при этом считается, что митохондрии произошли от аэробных бактерий, а хлоропласты — от фотосинтезирующих бактерий, таких как цианобактерии.Приобретение аэробных бактерий обеспечило бы анаэробной клетке способность осуществлять окислительный метаболизм. Приобретение фотосинтезирующих бактерий обеспечило бы пищевую независимость, обеспечиваемую способностью осуществлять фотосинтез. Таким образом, эти эндосимбиотические ассоциации были весьма выгодны своим партнерам и прошли отбор в ходе эволюции. Со временем большинство генов, изначально присутствовавших в этих бактериях, по-видимому, были включены в ядерный геном клетки, поэтому лишь несколько компонентов митохондрий и хлоропластов все еще кодируются геномами органелл.
Развитие многоклеточных организмов
Многие эукариоты являются одноклеточными организмами, которые, как и бактерии, состоят только из отдельных клеток, способных к самовоспроизведению. Простейшими эукариотами являются дрожжи. Дрожжи сложнее бактерий, но намного меньше и проще, чем клетки животных или растений. Например, обычно изучаемые дрожжи Saccharomyces cerevisiae имеют диаметр около 6 мкм и содержат 12 миллионов пар оснований ДНК (1). Другие одноклеточные эукариоты, однако, представляют собой гораздо более сложные клетки, некоторые из которых содержат столько же ДНК, сколько и клетки человека. К ним относятся организмы, специализированные для выполнения множества задач, включая фотосинтез, передвижение, а также захват и употребление в пищу других организмов. Например, Amoeba proteus представляет собой большую сложную клетку. Его объем более чем в 100 000 раз больше, чем у E . coli, и его длина может превышать 1 мм, когда клетка полностью вытянута (). Амебы — это очень подвижные организмы, которые используют цитоплазматические отростки, называемые псевдоподиями , для перемещения и поглощения других организмов, включая бактерии и дрожжи, в качестве пищи.Другие одноклеточные эукариоты (зеленые водоросли) содержат хлоропласты и способны осуществлять фотосинтез.
Рисунок 1.9
Сканирующая электронная микрофотография Saccharomyces cerevisiae . К микрофотографии добавлен искусственный цвет. (Эндрю Сайед/Science Photo Library/Photo Researchers, Inc.)
Рисунок 1.10
Световая микрофотография Amoeba proteus . (М. И. Уокер/Photo Researchers, Inc.)
Многоклеточные организмы произошли от одноклеточных эукариот как минимум 1.7 миллиардов лет назад. Некоторые одноклеточные эукариоты образуют многоклеточные агрегаты, которые, по-видимому, представляют собой эволюционный переход от одиночных клеток к многоклеточным организмам. Например, клетки многих водорослей (например, зеленой водоросли Volvox ) объединяются друг с другом, образуя многоклеточные колонии (), которые, как считается, были эволюционными предшественниками современных растений. Затем усиление специализации клеток привело к переходу от колониальных агрегатов к истинно многоклеточным организмам.Продолжающаяся клеточная специализация и разделение труда между клетками организма привели к сложности и разнообразию многих типов клеток, из которых состоят современные растения и животные, включая человека.
Рисунок 1.11
Колониальные зеленые водоросли. Отдельные клетки Volvox образуют колонии, состоящие из полых шариков, в которых сотни или тысячи клеток погружены в студенистую матрицу. (Cabisco/Visuals Unlimited.)
Растения состоят из меньшего количества типов клеток, чем животные, но каждый вид растительных клеток специализирован для выполнения определенных задач, необходимых организму в целом ().Клетки растений организованы в три основные тканевые системы: основную ткань, кожную ткань и сосудистую ткань. Основная ткань содержит клетки паренхимы, осуществляющие большинство метаболических реакций растения, в том числе фотосинтез. Наземная ткань также содержит два специализированных типа клеток (клетки колленхимы , клетки и клетки склеренхимы), которые характеризуются толстыми клеточными стенками и обеспечивают структурную поддержку растения. Кожная ткань покрывает поверхность растения и состоит из эпидермальных клеток, которые образуют защитный слой и позволяют поглощать питательные вещества.Наконец, несколько типов удлиненных клеток образуют сосудистую систему (ксилему и флоэму), отвечающую за транспортировку воды и питательных веществ по всему растению.
Рисунок 1.12
Световые микрофотографии репрезентативных растительных клеток. (A) Клетки паренхимы, отвечающие за фотосинтез и другие метаболические реакции. (B) Клетки колленхимы, которые специализируются на поддержке и имеют утолщенные клеточные стенки. (C) Эпидермальные клетки (подробнее…)
Клетки животных значительно разнообразнее клеток растений.Человеческое тело, например, состоит из более чем 200 различных типов клеток, которые обычно считаются компонентами пяти основных типов тканей: эпителиальной ткани, соединительной ткани, крови, нервной ткани и мышц. Эпителиальные клетки образуют пласты, покрывающие поверхность тела и выстилающие внутренние органы. Существует множество различных типов эпителиальных клеток, каждый из которых специализируется на определенной функции, включая защиту (кожа), всасывание (например, клетки, выстилающие тонкий кишечник) и секрецию (например, клетки, выстилающие тонкий кишечник).г., клетки слюнной железы). К соединительным тканям относятся костная, хрящевая и жировая ткани, каждая из которых образована разными типами клеток (остеобластами, хондроцитами и адипоцитами соответственно). Рыхлая соединительная ткань, которая подстилает эпителиальные слои и заполняет промежутки между органами и тканями в организме, образована клетками другого типа — фибробластами. Кровь содержит несколько различных типов клеток, которые участвуют в транспорте кислорода (эритроциты), воспалительных реакциях ( гранулоциты , моноциты и макрофаги) и иммунном ответе (лимфоциты).Нервная ткань состоит из нервных клеток или нейронов, которые узко специализированы для передачи сигналов по всему телу. Различные типы сенсорных клеток, такие как клетки глаза и уха, дополнительно специализируются на получении внешних сигналов из окружающей среды. Наконец, несколько различных типов мышечных клеток отвечают за производство силы и движения.
Рисунок 1.13
Световые микрофотографии репрезентативных клеток животных. (A) Эпителиальные клетки рта (толстый многослойный лист), желчных протоков и кишечника.(B) Фибробласты представляют собой клетки соединительной ткани, характеризующиеся формой удлиненного веретена. (C) Эритроциты, (подробнее…)
Очевидно, что эволюция животных включала развитие значительного разнообразия и специализации на клеточном уровне. Понимание механизмов, которые контролируют рост и дифференцировку такого сложного массива специализированных клеток, начиная с одной оплодотворенной яйцеклетки, является одной из основных задач, стоящих перед современной клеточной и молекулярной биологией.
Объяснение урока: Структура эукариотической клетки
В этом объяснении мы узнаем, как идентифицировать ключевые органеллы в эукариотической клетке и описать их функции.
Каждое растение, животное, грибок и простейшее на планете состоит как минимум из одного эукариотического клетка. Хотя клетки этих организмов очень разные, у большинства из них некоторые основные общие черты. Небольшие структуры, обнаруженные внутри клеток (или субклеточных структуры), выполняющие определенные функции, называются органеллами. Виды и обилие Органоиды, которыми обладает клетка, являются первым ключом к пониманию того, к какому типу относится эта клетка и что это можно сделать.
Определение: Органелла
Органелла – это субклеточная структура, выполняющая определенную функцию.
Клетки можно разделить на две большие группы: эукариотические и прокариотические. На рис. 1 ниже показан простая схема каждого.
Наиболее примечательной особенностью эукариотической клетки является ядро. Обладание ядром это Основное различие между прокариотическими клетками, такими как бактерии, и эукариотическими клетками, такими как как триллионы клеток, из которых состоит ваше тело.Помимо этого ядра, ваши клетки обладают многими другими структурами, которые выполняют другие важные функции. Мы называем клетки, подобные вашим тело состоит из животных клеток. Давайте посмотрим на различные органеллы в типичная животная клетка, как показано на рисунке 2.
Клеточная (плазматическая) мембрана представляет собой внешний слой клетки. Он образует границу, отличает клетку от окружающей среды. Клеточная мембрана состоит из двух слоев молекул, называемых фосфолипидами, поэтому мы называем этот тип мембраны фосфолипидным бислоем, так как существует два слоя молекул ( bi — означает «два»). Мы также можем видеть некоторые другие типы других молекул, таких как белки, встроенные в плазматическую мембрану, которые также играют важную роль в основной функции мембраны. Структура клеточной мембраны показана на рис. 3. фосфолипидный бислой является избирательно проницаемым, а это означает, что некоторые вещества могут легко пройти, а другие нет.
Ключевой термин: клеточная мембрана
Клеточная мембрана состоит из двойного слоя фосфолипидов и встроенных молекул и разделяет внутреннюю и внешнюю среду клетки.
Цитоплазма представляет собой желеобразную жидкость, заполняющую клетку. состоит в основном из воды, вместе с белками, ионами и питательными веществами. Цитоплазма сама по себе не является органеллой. это жидкость, в которой находятся все органеллы. Хотя мы часто думаем о цитоплазма как инертная и пассивная, многие клеточные активности и важные химические реакции происходят место в цитоплазме. Объем цитоплазмы также помогает придать клетке ее структура. Цитоплазма подобна воздуху внутри воздушного шара: она наполняет клетку, придавая ей трехмерная форма. Цитоплазма и ядро клетки иногда вместе называют протоплазмой.
Ключевой термин: Цитоплазма
Цитоплазма представляет собой жидкость, которая заполняет внутреннее пространство клетки и является местом многих химические реакции.
Цитоскелет представляет собой сеть белков по всей цитоплазме. Термин цито — означает «клетка», поэтому цитоскелет буквально переводится как «скелет клетки».Цитоскелет состоит из микрофиламентов, промежуточных филаментов и микротрубочек. Эти Белки удерживают другие органеллы на месте, так что они не просто беспорядочно плавают в пространстве. цитоплазма. Вы можете увидеть простую схему этого на рисунке 4. Цитоскелет также работает как следы, по которым органеллы могут перемещаться из одного места в другое. Цитоскелет это что позволяет определенным клеткам, например, видам, принадлежащим к роду одноклеточных эукариот называется Amoeba , чтобы передвигаться самостоятельно. Он также играет важную роль в клеточном разделение.
Ключевой термин: цитоскелет
Цитоскелет представляет собой сеть белковых филаментов внутри клетки, которая размещает органелл, обеспечивает структурную поддержку и позволяет некоторым клеткам двигаться.
Ядро содержит и защищает генетический материал, или ДНК, который находится в длинных пряди, обернутые вокруг белков. Эти молекулы ДНК и связанные с ними белки называется хроматином. Ядро также контролирует экспрессию этой ДНК. контролирует деятельность клетки.Основная схема ядра представлена на рисунке. 5.
Ключевой термин: ядро
Ядро является ключевым компонентом эукариотических клеток и является органеллой, которая хранит и хранит защищает ДНК.
Ядро имеет двойную мембрану, что означает наличие двух двойных слоев фосфолипидов вместо одного, как показано на рисунке 5.
Ядерная мембрана, иногда называемая ядерной оболочкой, имеет специальные отверстия, называемые ядерные поры. Эти ядерные поры позволяют некоторым крупным молекулам, таким как РНК и белки, проходить через через, но не хроматин. Ядро содержит свое особое наполнение, называемое нуклеоплазма, которая очень похожа на цитоплазму. Он также имеет строительные леса белков, называемых ядерным матриксом, который очень похож на цитоскелет. В центре ядра имеется плотная область, называемая ядрышком. Это ядрышко образует рРНК, или рибосомная РНК, которая является основным компонентом рибосом.
Пример 1: Идентификация частей ядра на электронной микрофотографии
На микрофотографии показана клетка, рассматриваемая под просвечивающим электронным микроскопом. А видно круглое ядро.
Что из следующего не является частью структуры ядра?
Ядерная оболочка
Ядрышко
Нуклеоплазма
Ядерные поры
Ядерные кристы
Ответ
Ядро является отличительной чертой эукариотической клетки. Он отличает эукариот клетки из прокариотических клеток, не имеющих ядра.
Основной функцией ядра является хранение и защита спиральной ДНК вокруг белков с образованием длинных нитей, называемых хроматином. Ядро окружено ядерная оболочка, представляющая собой двойную мембрану, что означает наличие двух фосфолипидов двухслойные, а не только один. Эта двойная мембрана имеет специальные отверстия, называемые ядерные поры, которые позволяют легко проходить определенным молекулам.В центре ядра, есть плотная область, называемая ядрышком, которая отвечает за создание рРНК, или рибосомальная РНК, из которой в основном состоят рибосомы. Ядро заполнено богатое жидкое вещество, называемое нуклеоплазмой, окруженное сетью белков, известных как ядерная матрица.
Термин cristae на самом деле относится к складке фосфолипидной мембраны, которая создает меньшие отсеки, подобные тем, которые мы видим в митохондриях. Ядро не обладает кристы.
Используя эту информацию, мы можем сделать вывод, что структура, не являющаяся частью ядро – ядерные кристы.
Рибосомы представляют собой крошечные структуры, отвечающие за образование белков, которые можно обнаружить свободно в цитоплазме или прикреплены к шероховатой эндоплазматической сети. рибосомы транслировать информационную РНК (мРНК), которая несет генетический код из ДНК в ядре, в цепочку аминокислот, называемую полипептидной цепью.Этот полипептид обычно должен быть модифицированы другими органеллами, такими как эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, чтобы стать функциональный белок, например, фермент. Рибосомы состоят из двух рибосомных субъединиц, одна большая и одна маленькая, как показано на рис. 6. Эти субъединицы состоят из рРНК или рибосомных РНК, которая образуется в ядрышке, а также белки.
Рибосомы не окружены двойным слоем фосфолипидов, поэтому их называют немембранные (немембранные) органеллы. Фактически, это заставило некоторых ученых утверждать, что их вообще нельзя считать органеллами.
В отличие от других связанных с мембраной (мембранных) органелл, рибосомы могут быть обнаружены как в эукариотических и прокариотических клеток. Рибосомы эукариотических клеток больше, чем у прокариотические клетки. S — единица измерения рибосом. Эукариотические рибосомы относятся 80S-рибосомы, тогда как прокариотические рибосомы называются 70S-рибосомами.
Ключевой термин: рибосомы
Рибосомы представляют собой немембранные структуры, действующие как место синтеза белка в клетка.
Пример 2. Вызов органеллы из описания
Укажите описываемую эукариотическую органеллу: Эта органелла содержит РНК и место синтеза белка.
Ответ
Этот вопрос дает описание органеллы и просит нас вспомнить название органелла, которая соответствует этому описанию. В вопросе указано, что ответом будет эукариотическая органелла, что означает, что это одна из многих органелл, которые мы можем найти в эукариотическая клетка. Эукариотические клетки обычно обладают многими органеллами, прокариотические клетки, а также несколько более сложных мембраносвязанных органелл.
Ключевым моментом здесь является то, что эта органелла является местом синтеза белка. То органелла, ответственная за синтез белков во всех клетках, прокариотических или эукариот, это рибосома. Рибосомы — крошечные органеллы, состоящие из двух подразделения. Эти субъединицы состоят из рРНК и белков. Рибосомы переводят генетический код в молекуле мРНК в полипептид или цепь аминокислот.Затем этот полипептид в конечном итоге сворачивается в функциональный белок.
Это означает, что органелла, содержащая РНК и являющаяся местом синтеза белка, рибосома.
Эндоплазматический ретикулум, часто сокращенный до ЭР, представляет собой взаимосвязанную сеть складчатых мембраны, обнаруженные во всей эукариотической клетке. ER играет роль в формировании и транспорта белков и липидов и далее делится на два типа, как показано на рисунке 7: грубый и гладкий.
К внешней поверхности шероховатого эндоплазматического ретикулума прикреплено множество рибосом, поэтому вы можете сказать, что он играет роль в синтезе белка. Это также то, что придает грубому ER его бугристая форма и название. Ходы шероховатого ЭР обычно имеют более плоскую форму и прилегает к наружной мембране ядра. Основная функция шероховатого ЭР – складывание белки в свою окончательную форму.
Гладкий эндоплазматический ретикулум не имеет на своей поверхности рибосом, поэтому он называется гладким.Его ходы обычно имеют более трубчатую форму и обычно встречаются дальше от ядра. Гладкий ЭР в первую очередь играет роль в синтезе липидов и также участвует в преобразовании токсинов в менее токсичные соединения, которые затем могут выводиться из организма.
Ключевой термин: шероховатый эндоплазматический ретикулум
Шероховатый эндоплазматический ретикулум представляет собой ряд складчатых мембран или уплощенных мешочков, т. е. покрыты рибосомами и связаны с продукцией белков.
Ключевой термин: гладкий эндоплазматический ретикулум
Гладкий эндоплазматический ретикулум представляет собой ряд трубчатых структур со складчатыми мембранами которая не покрыта рибосомами и связана с продукцией липидов.
Аппарат Гольджи, также называемый тельцем Гольджи, представляет собой серию уплощенных мембранных мешочков, называемых цистернами, как показано на рис. 8. Его функция заключается в упаковке правильных комбинаций белков, липидов и других веществ. химические вещества и доставить их в области клетки, где они необходимы.По этой причине, аппарат Гольджи иногда даже называют почтовым отделением клетки. На заводе клетки, есть более мелкие рассредоточенные массивы пузырьков типа Гольджи, называемых диктиосомами. Рисунок 8 ниже показано, как эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи взаимодействуют у типичного животного клетка.
Белки и липиды переходят из эндоплазматического ретикулума в аппарат Гольджи в транспортные везикулы. Везикула представляет собой небольшую, обернутую мембраной упаковку материалов внутри клетка.Там они сливаются и проходят через различные слои аппарата Гольджи из одного конец другому. Наконец, они упаковываются в новые секреторные везикулы для доставки вещества из клетки путем экзоцитоза или с образованием лизосом.
Ключевой термин: аппарат Гольджи (тело Гольджи)
Аппарат Гольджи упаковывает липиды или белки, полученные из эндоплазматического ретикулума и доставляет их по всей клетке.
Лизосомы представляют собой специализированные мембраносвязанные везикулы, образующиеся в аппарате Гольджи.Они функцию разрушения и переработки клеточных материалов. Одна лизосома может содержать более 60 различные типы пищеварительных ферментов, а жидкость внутри обычно довольно кислая. То ферменты и кислота работают вместе, расщепляя различные соединения на компоненты, которые затем могут вновь использоваться ячейкой.
Ключевой термин: лизосомы
Лизосомы представляют собой специализированные везикулы, заполненные ферментами, расщепляющими и перерабатывающими старые клеточные структуры или компоненты.
Митохондрии (единственное число: митохондрия) являются основным местом клеточного дыхания в эукариотическая клетка. Митохондрии отвечают за превращение глюкозы в пригодные для использования клеточные энергии в виде АТФ. По этой причине митохондрии часто называют электростанция клетки. Каждая митохондрия имеет два слоя мембран, как вы можете видеть на Рисунок 9. У него гладкая наружная мембрана и складчатая внутренняя мембрана. Складки внутр. мембраны называются кристами, и эти складки увеличивают площадь поверхности, доступную для иметь место дыхательные реакции.Пространство внутри складчатой внутренней мембраны называется матрица.
Ключевой термин: митохондрии (единственное число: митохондрии)
Митохондрии являются основным местом клеточного дыхания внутри эукариотических клеток.
Клеточная мембрана, цитоплазма, цитоскелет, ядро, шероховатый и гладкий эндоплазматический ретикулум, Аппарат Гольджи и митохондрии можно найти в большинстве эукариотических клеток. Сюда входят животные и растительных клеток.
Однако растения отличаются от животных.У них разные характеристики. За например, они производят свои собственные питательные вещества и являются стационарными. Это означает, что клетки растений имеют некоторые особенности, отличные от клеток животных, которые поддерживают эти разные характеристики.
Давайте посмотрим на некоторые органеллы, которые есть в растительных клетках, но отсутствуют в клетках животных.
Клеточная стенка представляет собой жесткую структуру, окружающую клеточную мембрану, как показано на рисунке 10. Она представляет собой прочный внешний слой, который придает растительной клетке форму.Клеточная стенка растительных клеток состоит в основном состоит из углеводов, называемых целлюлозой. Клеточная стенка также поддерживает растение. Поскольку растения являются стационарными организмами и не имеют скелета, как некоторые животные, их жесткие клеточные стенки помогают держать их в вертикальном положении и позволяют им направлять свои листья к Солнце.
Ключевой термин: клеточная стенка
Клеточная стенка представляет собой жесткий внешний слой, обеспечивающий структурную поддержку растительной клетке.
Пример 3: Определение функций эукариотических органелл
Ниже приведен список функций эукариотических органелл.
Синтез и транспорт липидов
Обеспечение механической прочности растительной клетки
Обеспечение места для аэробных стадий дыхания
Синтез белков
Поддержание формы и структуры растительной клетки
приведенного списка осуществляются гладкими эндоплазматическими ретикулум?
Какие функции в приведенном списке выполняют митохондрии?
Какие функции в приведенном списке выполняет клеточная стенка?
Ответ
В этом вопросе перечислены несколько различных функций или задач клеточных органелл. чтобы сопоставить эти функции с органеллами в каждом вопросе.Наш ответ может быть один или несколько чем одна из перечисленных функций.
Чтобы ответить на этот вопрос, наиболее эффективно определить, какая органелла описывается каждой из перечисленных функций, а затем использовать эту информацию, чтобы ответить на наш три вопроса.
Синтез и транспортировка липидов — это работа гладкой эндоплазматической сети. То эндоплазматический ретикулум представляет собой ряд складчатых мембран, образующих сеть взаимосвязанные отделы внутри клетки.Шероховатый эндоплазматический ретикулум усеян на всем протяжении с рибосомами и связан с производством и транспортом белков. Это легко запомнить, потому что рибосомы на шероховатой эндоплазматической сети являются место синтеза белка. С другой стороны, гладкий эндоплазматический ретикулум отвечает за образование и транспорт липидов.
Обеспечение механической прочности растительной клетки — задача клеточной стенки. Клеточная стенка представляет собой толстый слой, который окружает клеточную мембрану растительной клетки. Оно сделано из целлюлоза, что делает его очень прочным и жестким. Клеточные стенки растительных клеток соединены близко друг к другу, придавая растительной ткани ее общую структуру.
Обеспечение места для аэробных стадий дыхания — это работа митохондрий. То термин аэробный означает, что для осуществления процесса требуется кислород. Митохондрии используют кислород и глюкоза для производства АТФ в процессе, называемом клеточным дыханием. АТФ – это молекула, запасает клеточную энергию, которая используется клеткой для подпитки других жизненно важных химических реакций.При клеточном дыхании в качестве побочных продуктов образуются углекислый газ и вода.
Синтез белков — это работа рибосом. Рибосомы представляют собой крошечные структуры, состоящие из две субъединицы, которые переводят мРНК, или информационную РНК, в цепочку аминокислот, называемую полипептид. Затем этому полипептиду обычно придают форму и сворачивают в функциональный белок.
Поддержание формы и структуры растительной клетки осуществляется клеточной стенкой и цитоскелетом. Оно может также можно считать функцией большой центральной вакуоли, обнаруженной в растительной клетке.То клеточная стенка придает клетке форму, а заполненная жидкостью вакуоль оказывает давление на внутри гибкой клеточной мембраны, которая выдавливает ее наружу, заполняя пространство внутри жесткая клеточная стенка.
Используя эту информацию о функциях описанных органелл, мы можем сопоставить функции органелл в вопросах.
Часть 1
Гладкий эндоплазматический ретикулум синтезирует и транспортирует липиды или только вариант I.
Часть 2
Митохондрии обеспечивают место для аэробных стадий дыхания, или вариант III Только.
Часть 3
Клеточная стенка обеспечивает механическую прочность и придает растительной клетке ее форму и форму. структуры или оба варианта II и V.
Пластиды обнаружены в клетках растений, но не в клетках животных. Имеют двойную мембрану, поэтому они окружены двумя бислоями фосфолипидов вместо одного.Существует три основных типа пластиды, классифицируемые по типу пигмента, которым они обладают: хромопласты, лейкопласты, и хлоропласты. Хромопласты — это пластиды, которые производят и хранят пигменты, такие как красный, желтые и оранжевые пигменты, придающие плодам и цветам их яркую окраску. Лейкопласты белые или бесцветные пластиды, не содержащие пигментов и хранящие материалы, такие как крахмал и толстый.
Хлоропласты представляют собой пластиды, содержащие зеленый пигмент хлорофилл.Хлоропласты – это место фотосинтеза, в котором клетки растений используют энергию солнечного света для преобразования углерода диоксида и воды в глюкозу и кислород. Эта глюкоза позже используется в клеточном дыхании. по митохондриям.
Хлоропласты, показанные на рисунке 11, имеют внешнюю и внутреннюю мембраны. Жидкость внутри внутренняя оболочка называется стромой. В строме есть стопки монетовидных мешочков. Эти мешочки заполнены хлорофиллом и называются тилакоидами.Эти стопки тилакоидов называются гранами (единственное число: granum).
Ключевой термин: хлоропласты
Хлоропласты являются местом фотосинтеза в растительной клетке.
Растительные клетки обладают крупной центральной вакуолью. Под микроскопом эта вакуоль считается отличительная черта растительных клеток. Он хранит воду и некоторые другие материалы в смеси, которая иногда называют клеточным соком. Он помогает придать клетке форму, поддерживая давление на внутреннюю часть клеточной стенки.Он также заполняет клетку, выталкивая содержимое цитоплазмы наружу, помогая хлоропластам получить доступ к солнечному свету, необходимому им для выполнения фотосинтез. Клетки животных также имеют вакуоли, но их количество меньше и больше. обычно участвуют в метаболических или клеточных транспортных процессах.
Ключевой термин: Большая (центральная) вакуоль
Большая вакуоль хранит клеточный сок и обеспечивает структуру растительной клетки.
В некоторых случаях органеллы обнаруживаются в клетках животных, но не в клетках растений.Центриоли представляют собой немембранные органеллы, которые находятся в области клетки вблизи ядро, называемое центросомой, областью, которой нет в растительных клетках. Мы можем видеть продольное и поперечное сечение центриоли в типичной животной клетке на рисунке 12.
Каждая центриоль состоит из девяти групп микротрубочек, объединенных в триплеты (или тройки), как вы можете видеть на рисунке 12. Между каждым из девяти триплетов есть соединительные волокна. микротрубочки.
Во время клеточного деления нити, называемые веретенообразными волокнами, отходят от центриолей и помогают тянуть реплицированный генетический материал к противоположным концам клетки. Интересно, зрелый нерв клетки являются примером типа клеток животных, не содержащих центросом.
Органеллы внутри клетки удовлетворяют потребности клетки, а также определяют, что ячейка может сделать. В то время как все эукариотические клетки имеют митохондрии, клетки животных, которые потребляют больше энергии, такие как мышечные клетки, имеют больше митохондрий, чем те, которым нужно меньше.В растениях, клетки, которые не подвергаются воздействию света, такие как клетки корней, не имеют хлоропластов. Ты сможешь можно многое рассказать о жизни клетки, внимательно изучив ее органеллы. Краткое содержание типы клеток, которые, как мы можем ожидать, будут иметь большое количество определенных органелл. изложены в таблице 1.
Таблица 1 : Таблица, в которой приведены сведения о том, где определенные органеллы находятся в организме в больших количествах.
органелл Где обильные
Митохондрии Мышечные клетки
Гладкий эндоплазматический ретикулум клетки печени (гепатоциты)
шероховатой эндоплазматической сети клеток в органах, которые секретируют ферменты
(экзокринные железы) или гормоны
(эндокринные железы)
Гольджи Клетки слюнных желез, секретирующие
ферменты (экзокринные железы)
На приведенной ниже диаграмме представлены типы клеточных структур, которые мы обсуждали в этом объяснении.
Давайте теперь повторим, что мы узнали о структуре эукариотических клеток в этом объяснитель.
Основные положения
Органеллами типичных эукариотических клеток являются клеточная мембрана, ядро, цитоплазма, рибосомы, эндоплазматический ретикулум (шероховатый и гладкий), аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии и цитоскелет.
Органеллы, характерные для растительных клеток, представляют собой большую вакуоль, клеточную стенку и хлоропласты.
Каждая органелла имеет структуру, непосредственно связанную с ее функцией.
Эукариоты — Прокариотические и эукариотические клетки — Eduqas — GCSE Biology (Single Science) Revision — Eduqas
Клетки животных, растений и грибов называются эукариотическими клетками. Они содержат связанные с мембраной органеллы, такие как ядро и митохондрии.
$0″> Клетки животных
Почти все животные и растения состоят из клеток.
Клетки животных имеют базовую структуру. Структура животной клетки показана ниже:
Митохондрии видны в световой микроскоп, но не видны в деталях.Рибосомы видны только в электронный микроскоп.
Структуры клеток и их функции
Структура клеток Как это связано с их функциями
Цитоплазма Именно здесь происходят многие химические реакции.
Ядро Содержит генетический материал, который используется клетками для производства белков.Контролирует деятельность клетки.
Клеточная мембрана
#Разное
Навигация по записям
Предыдущая запись: Пятый крестовый поход годы участники цели результаты: Напишите годы, участники, цели, результаты 5, 6, 7, 8 крестовых походов
Следующая запись: Чарльз дарвин доклад 5 класс по биологии: доклад о Чарльзе Дарвине 5 класс помогите сделать пожалуйста(БИОЛОГИЯ)
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Рубрики
Пушкин
Лермонтов
Крылов
Ломоносов
Гоголь
Куприн
Горький
Островский
2019 © Все права защищены. Карта сайта